(57)【要約】【課題】リフロー加熱等により半導体装置が反る場合においても、高い信頼性を維持できる積層型半導体装置を提供すること。【解決手段】積層型半導体装置１１２は、第１の半導体装置１１０及び第２の半導体装置１１１が積層された状態で複数の金属ボール１０４ａを介して接続されている。第１の半導体装置１１０は、半導体素子１０２が実装された配線基板１０１を備えている。配線基板１０１の上面には、導体ランド１０３が形成されている。導体ランド１０３は、金属ボール１０４ａを介して第２の半導体装置１１１と電気的に接続されている。配線基板１０１の上面の周縁部には、ダミーランド１０６が形成されている。ダミーランド１０６は、金属ボール１０４ａを介して第２の半導体装置１１１と絶縁状態で接続されている。１つのダミーランド１０６の面積は、１つの導体ランド１０３の面積よりも大きい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体装置及び第２の半導体装置が積層された状態で複数の金属ボールを介して接続されてなる積層型半導体装置であって、
前記第１の半導体装置は、
半導体素子が実装された配線基板と、
前記配線基板における前記第２の半導体装置との対向面に形成され、金属ボールを介して前記第２の半導体装置と電気的に接続された導体ランドと、
前記対向面の周縁部に形成され、金属ボールを介して前記第２の半導体装置と絶縁状態で接続されたダミーランドとを備え、
１つの前記ダミーランドの面積が前記導体ランドの面積よりも大きいことを特徴とする、積層型半導体装置。
【請求項２】
前記対向面の周縁部には複数の前記ダミーランドが形成されており、
前記複数のダミーランドの配置は、前記配線基板の対向面の中央部分を挟んで対称であることを特徴とする、請求項１に記載の積層型半導体装置。
【請求項３】
前記配線基板は、平面視で四角形状のものであり、
前記ダミーランドは、前記配線基板の角部に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の積層型半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体装置は、前記ダミーランドと金属ボールを介して接続される複数の接続用ランドを備え、
前記複数の接続用ランドは、当該積層型半導体装置を前記対向面と直交する方向から見て、前記複数の接続用ランドの中心点が１つの前記ダミーランド内に位置するように形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の積層型半導体装置。
【請求項５】
第１の半導体装置及び第２の半導体装置が積層された状態で複数の金属ボールを介して接続されてなる積層型半導体装置であって、
前記第１の半導体装置は、
半導体素子が実装された配線基板と、
前記配線基板における前記第２の半導体装置との対向面に形成され、金属ボールを介して前記第２の半導体装置と電気的に接続された複数の導体ランドと、
前記対向面の周縁部に形成され、金属ボールを介して前記第２の半導体装置と絶縁状態で接続された複数のダミーランドとを備え、
隣接する前記複数のダミーランド間の距離が、隣接する前記導体ランド間の距離よりも短いことを特徴とする、積層型半導体装置。
【請求項６】
前記対向面の周縁部には、それぞれ前記複数のダミーランドからなる複数のダミーランド群が設けられており、
前記ダミーランド群の配置は、前記配線基板の対向面の中央部分を挟んで対称であることを特徴とする、請求項５に記載の積層型半導体装置。
【請求項７】
前記配線基板は、平面視で四角形状のものであり、
前記ダミーランド群は、前記配線基板の角部に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の積層型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの半導体装置上に他の半導体装置が搭載された積層型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＯＡ機器、家電機器等に組み込まれる電子部品の小型化、薄型化が進んでいる。更には一般ユーザからの幅広い要望に応える多種多機能化に伴い、それらの部品として使用される半導体装置について、多端子化、高機能化の要求が強まっている。このような要求に対して、複数の半導体装置を積層した積層型半導体装置が開発されている。例えば、半導体チップを配線基板上に実装した半導体装置と、ボールグリッドアレイパッケージ（以下「ＢＧＡ」という。）とが間に金属ボールを介して積層された積層型半導体装置がある。
【０００３】
２つの半導体装置からなる積層型半導体装置は、マザー基板と実質的に接合している第１の半導体装置と、当該第１の半導体装置の上に積層搭載された第２の半導体装置とからなる。これらの半導体装置においては、半導体チップと配線基板との熱膨張係数の相違により、半導体装置の反りが発生することが多い。特に、マザー基板に対して半田付けを行う際のリフロー加熱雰囲気においては、より顕著な反りが生じ、これは金属ボールの接続不良という不具合が発生する原因となる。
【０００４】
これらの不具合を解決するものとして、例えば、特許文献１に記載されている半導体装置が知られている。該半導体装置は、配線基板上の表面に設けられたランドの厚みが配線基板の中央部から外周部に向かって徐々に厚くなるように設定されている。このような構成を採用することにより、半導体装置の反りが発生した場合においても接続不良を低減できるとしている。
【特許文献１】特開２００４−２８１８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構成に代表されるような従来の半導体装置の場合、半導体装置の反り挙動量を予測し、その挙動量に応じてランドの厚みを設計しておく必要があるが、これは、現実的とは言えない。
【０００６】
また、半導体装置を製造するためのセット機器に使用される半田ペースト、マザー基板サイズ等により、リフロー温度が異なる。また、セット機器のメーカーによっても、リフロー温度が異なる。このため、当然のことながら加熱時の半導体装置の反り挙動量も異なる量となってしまう。よって、ランド厚みの予測が大きく外れることも考えられる。仮に、リフロー加熱により金属ボールの接続が問題無く行なわれて金属間結合されたとしても、リフロー工程完了後に常温にまで冷却された際には、逆に金属ボール、キャリア基板、マザー基板ランド近傍に大きな負荷がかかることは容易に推測できる。
【０００７】
次に、発明者等によっても確認された、従来構造の積層型半導体装置を組み立てた際の不具合事例について説明する。
【０００８】
積層型半導体装置は、マザー基板に近い方から第１の半導体装置、第２の半導体装置、第３の半導体装置のように順番に積み重なった構造を有する。ここで、積層型半導体装置を搭載する筐体の大きさ、機能等に応じて積層する半導体装置の数が決められる。以下では、小型携帯機器に多く使われている構成である第１の半導体装置及び第２の半導体装置の２つを用いた積層型半導体装置を例として取り上げる。なお、以下に示す事例は３つ以上積み重なった構造においても、同様の現象があることは言うまでもない。
【０００９】
図９（ａ）は、従来の第１の半導体装置１０の構造を示す平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示す通り、第１の半導体装置１０は、配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１を備えている。配線基板１の一方の面上には半導体素子２がフリップチップ工法により搭載されていると共に、同一の面上には第２の半導体装置と接合するための複数の導体ランド３が設けられている。また、配線基板１の他方の面には、マザー基板と接合するための金属ボール４が設けられている。配線基板１内の配線パターンにより、半導体素子２と金属ボール４とは電気的に接続されている。
【００１０】
図１０（ａ）は、従来の第２の半導体装置１１の構造を示す平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示す通り、第２の半導体装置１１は、配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１ａ上に半導体素子（図示せず）がフリップチップ工法、ワイヤーボンディング工法等により搭載され、被覆樹脂５によって封止されている。更に、配線基板１ａの他方の面には、金属ボール４ａが設けられている。配線基板１ａ内の配線パターンにより、半導体素子と金属ボール４ａとは電気的に接続されている。なお、金属ボール４ａは、第２の半導体装置１１を配線基板１上に搭載した際に半導体素子２上に位置することになる領域２０には設けられていない。
【００１１】
図１１（ａ）は、第１の半導体装置１０上に第２の半導体装置１１を積層実装する、所謂、部品マウント工程を説明するための断面図である。図１１（ｂ）は、積層型半導体装置１２の断面図である。図１１（ａ）が示す部品マウント工程の後、第１の半導体装置１０及び第２の半導体装置１１は、図１１（ｂ）に示す通り、積層型半導体装置１２となる。そして、次工程であるリフロー加熱工程へと進む。
【００１２】
しかしながら、リフロー加熱工程においては、半導体装置が変形することが一般的に知られている。図１２は、積層型半導体装置１２のリフロー加熱工程を説明するための図である。図１２に示されるように、第１の半導体装置１０及び第２の半導体装置１１は、（ａ）から（ｂ）さらに（ｃ）へと変形する。図１２（ａ）は、常温から１００℃程度までの状態における積層型半導体装置１２の断面図である。第１の半導体装置１０を構成する配線基板１と半導体素子２との熱膨張係数の相違により、第１の半導体装置１０は山反り（図１２（ａ）では上側に凸形状）が生じる。また、第２の半導体装置１１を構成する配線基板１ａと被覆樹脂５との熱膨張係数の相違により、第２の半導体装置１１は谷反り（図１２（ａ）では下側に凸形状）が生じている。これにより、半導体装置同士の周縁部やコーナー付近の相互間距離が離反し、中央部の半導体素子付近の距離が近接している。図１２（ｂ）は、ハンダが溶融する２百数十℃を超える温度領域、所謂、本加熱領域での積層型半導体装置１２の断面図である。この本加熱領域では、図１２（ａ）とは加熱温度が異なるため、第１の半導体装置１０は谷反りが生じ、第２の半導体装置１１は山反りが生じている。これにより、半導体装置同士の周縁部やコーナー付近の相互間距離が近接し、中央部の半導体素子付近の距離が離反している。図１２（ｃ）は、リフロー加熱が終了に近付き、再び常温近くの温度領域での積層型半導体装置１２の断面図である。リフロー加熱が終了に近付くと、図１２（ｃ）が示すように、図１２（ａ）とほぼ同様の変形状態となっている。図１２（ｂ）から（ｃ）にむかって半導体装置の反り挙動が極端に大きい場合や、金属ボール４ａの凝固とのタイミングが外れた場合においては、図１３に示すように、第１の半導体装置１０と第２の半導体装置１１との間に介在して接続を行う金属ボール４ａが、接続不具合、いわゆるオープン不良が引き起こされることになる（図１３の点線円で囲んだ部分）。このように、従来の積層型半導体装置において発生するオープン不良の解消が課題となっている。
【００１３】
本願発明者らは従来の半導体装置におけるオープン不良に関して更に検証した。一般に、図１２（ａ）、（ｂ）、(ｃ)が示すように、第１の半導体装置１０と第２の半導体装置１１とは、互いの反り量と反り方向の違いによって、周縁部に配置された導体ランド３と金属ボール４ａとの距離が大きくなり、これがオープン不良の発生する一因となっているのは、先述の通りである。
【００１４】
ここで、本例では第１の半導体装置１０の中央部が凸形状になる反り挙動を示し、その結果、周縁部においてオープン不良が生じている例を示しているが、本例とは逆の反り、つまり第１の半導体装置１０の中央部がオープンとなる場合も有り得る。これは、各半導体装置を構成する配線基板１、半導体素子２及び被覆樹脂５のそれぞれの材料に関する物性値、組立工程における製造条件など様々な要因が複雑に存在しているからである。
【００１５】
それ故に、本発明の目的は、リフロー加熱等により半導体装置が反る場合においても、高い信頼性を維持できる積層型半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
次に本発明の概要について説明する。
第１の半導体装置１０の上面に配置された導体ランド３と、溶融した金属ボール４ａとが接触する際に、金属ボール４ａが大きければ、たとえ導体ランド３と配線基板１ａとの距離が離れていたとしても接触する可能性は高くなる。また、金属ボール４ａと接触する導体ランド３の面積が大きい場合には表面張力も大きくなる。反りが生じた半導体装置において、最も大きい反り量を示す箇所に対してこの表面張力を利用することができれば、第１の半導体装置１０と第２の半導体装置１１とを互いに引き寄せることも可能となってくる。本例をもとに考えると、半導体装置１０，１１の間の距離が大きい箇所、つまり図１２においては周縁部であるが、この周縁部の導体ランド３の大きさを調整することにより、第１の半導体装置１０と第２の半導体装置１１とを引き寄せることができ、オープン不良を防止できることを着想した。
【００１７】
本発明の一局面は、第１の半導体装置及び第２の半導体装置が積層された状態で複数の金属ボールを介して接続されてなる積層型半導体装置である。ここで、第１の半導体装置と第２の半導体装置とは、第１の半導体装置の上に第２の半導体装置が積層されていてもよいし、第２の半導体装置の上に第１の半導体装置が積層されていてもよい。第１の半導体装置は、配線基板、導体ランド、及びダミーランドを備えている。配線基板は、半導体素子が実装されている。導体ランドは、配線基板における第２の半導体装置との対向面に形成されており、金属ボールを介して第２の半導体装置と電気的に接続されている。ダミーランドは、対向面の周縁部に形成されており、金属ボールを介して第２の半導体装置と絶縁状態で接続されている。そして、１つのダミーランドの面積は、導体ランドの面積よりも大きい。
【００１８】
また、本発明の他の局面では、対向面の周縁部に複数のダミーランドが形成されている。複数のダミーランドの配置は、配線基板の対向面の中央部分を挟んで対称である。
【００１９】
また、本発明の他の局面では、配線基板は、平面視で四角形状のものであり、ダミーランドは、配線基板の角部に配置されている。
【００２０】
また、本発明の他の局面では、第２の半導体装置は、ダミーランドと金属ボールを介して接続される複数の接続用ランドを備えている。複数の接続用ランドは、積層型半導体装置を対向面と直交する方向から見て、複数の接続用ランドの中心点が１つのダミーランド内に位置するように形成されている。
【００２１】
また、本発明の一局面は、第１の半導体装置及び第２の半導体装置が積層された状態で複数の金属ボールを介して接続されてなる積層型半導体装置である。ここで、第１の半導体装置と第２の半導体装置とは、第１の半導体装置の上に第２の半導体装置が積層されていてもよいし、第２の半導体装置の上に第１の半導体装置が積層されていてもよい。第１の半導体装置は、配線基板、複数の導体ランド、及び複数のダミーランドを備えている。配線基板は、半導体素子が実装されている。複数の導体ランドは、配線基板における第２の半導体装置との対向面に形成され、金属ボールを介して第２の半導体装置と電気的に接続されている。複数のダミーランドは、対向面の周縁部に形成され、金属ボールを介して第２の半導体装置と絶縁状態で接続されている。そして、隣接する複数のダミーランド間の距離は、隣接する導体ランド間の距離よりも短い。
【００２２】
また、本発明の他の局面では、対向面の周縁部に、それぞれ複数のダミーランドからなる複数のダミーランド群が設けられている。ダミーランド群の配置は、配線基板の対向面の中央部分を挟んで対称である。
【００２３】
また、本発明の他の局面では、配線基板は、平面視で四角形状のものである。ダミーランド群は、配線基板の角部に配置されている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、金属ボールの表面張力によって第１の半導体装置と第２の半導体装置とが引き寄せられるので、それぞれの半導体装置に反りが発生したとしても、金属ボールの接続不具合を回避することができる。このため、接続信頼性が向上した積層型半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る積層型半導体装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同等の構成要素については同じ符号を用いることにより詳しい説明を省略する場合がある。
【００２６】
図１は、積層型半導体装置の分解斜視図である。図１に示されるように、積層型半導体装置は、マザー基板に近い方から第１の半導体装置１１０、第２の半導体装置１１１、半導体装置Ｎのように複数の半導体装置が順に積み重なった構造を有する。ここで、積層される半導体装置の数は、積層型半導体装置が搭載される筐体の大きさ、機能等に応じて決定される。本実施形態では、小型携帯機器に多く使われている構成である、第１の半導体装置１１０及び第２の半導体装置１１１の２つの半導体装置が積層された積層型半導体装置１１２（図４（ｂ）参照）を例に説明する。後述するが、積層型半導体装置１１２は、第１の半導体装置１１０の上側に第２の半導体装置１１１が積層された状態で、これらの半導体装置１１０，１１１が複数の金属ボール１０４ａを介して接続されたものである。
【００２７】
図２（ａ）は、第１の半導体装置１１０の構造を示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるα−α’線断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１の半導体装置１１０は、配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１０１を備えている。配線基板１０１は、本実施形態では、平面視で四角形状のものである。通常、配線基板１０１の厚みは０．０５〜０．８ｍｍ程度であることが多い。また、層構成としては、銅貼り両面有機基板のような２層又は４層の導体層を含む基板、ビルドアップ工法を用いた高密度配線基板等があり、配線密度、放熱性、使用するセット機器の世代等に応じて使い分けられる。
【００２８】
図２（ａ）に示されるように、配線基板１０１の一方の面（以下「上面」という。）には、半導体素子１０２が実装されている。すなわち、配線基板１０１における第２の半導体装置１１１との対向面に半導体素子１０２が実装されている（図４（ｂ）参照）。配線基板１０１の上面には、半導体素子１０２を囲むように複数の導体ランド１０３が設けられている。後述するが、これらの導体ランド１０３は、金属ボール１０４ａを介して第２の半導体装置１１１の配線基板１０１ａと電気的に接続される（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、配線基板１０１の上面の角部には、ダミーランド１０６が設けられている。ダミーランド１０６は、配線基板１０１に形成された配線パターンとは接続されていないランドである。つまり、ダミーランド１０６は、導体ランド１０３とは異なり、第２の半導体装置１１１との電気的接続には使用されないランドである。図２（ａ）に示されるように、本実施形態では、配線基板１０１の上面に４つのダミーランド１０６が配置されている。これらのダミーランド１０６の配置は、配線基板１０１の上面の中央部分、すなわち半導体素子１０２が配置されている領域を挟んで対称である（図２（ａ）参照）。なお、ダミーランド１０６が配置される位置は、配線基板１０１の上面の周縁部であれば、配線基板１０１の角部に限定されるものではない。ダミーランド１０６は、例えば、配線基板１０１の上面において隣接する２つの角部の中央部に配置されてもよい。また、ダミーランド１０６の数は、４つに限定されるものではない。例えば、配線基板１０１の上面の周縁部に８つのダミーランド１０６が配置されてもよい。
【００３０】
各ダミーランド１０６は、１つの導体ランド１０３よりも面積が大きくなるように形成されている。本実施形態では、ダミーランド１０６の面積は、導体ランド１０３の面積の５〜６倍程度に設定されている。ダミーランド１０６の面積は、導体ランド１０３の面積に応じて適宜変更され得る。
【００３１】
配線基板１０１の上面とは反対側の面（以下「下面」という。）には、直径が約０．２０ｍｍ〜１．００ｍｍの外部電極ランド（図示省略）が少なくとも一つ配置されている。外部電極ランドは、上面の導体ランド１０３と同様に、電気的接続を有効に行うための構造として、表層から順に金、パラジウム、ニッケル等のめっき処理が施されている。費用抑制や耐衝撃性向上を目指すために、めっき処理を施さない、所謂、ＯＳＰ処理（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ：プリフラックス処理）をしても構わない。
【００３２】
図２（ｂ）に示されるように、配線基板１０１の下面の外部電極ランドには、マザー基板に搭載するための金属ボール１０４が金属間結合により接続されている。金属ボール１０４の直径は、０．２ｍｍ〜０．８０ｍｍが一般的であり、その材質は、近年の環境問題を鑑みてＳｎＡｇＣｕを代表とする鉛フリーボールが最も多用されている。
【００３３】
図３（ａ）は、第２の半導体装置１１１の構造を示す平面図である。図２（ｂ）は、図３（ａ）におけるβ−β’線断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第２の半導体装置１１１は、配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１０１ａを備えている。配線基板１０１ａの上面には、半導体素子（図示せず）が搭載されている。配線基板１０１ａの上面は、この半導体素子を過酷な外部環境から保護するために、被覆樹脂１０５で覆われている。
【００３４】
配線基板１０１ａの下面（被覆樹脂１０５とは反対側の面）には、複数の導体ランド１１３及び接続用ランド１１４が形成されている。導体ランド１１３は、第１の半導体装置１１０との電気的接続に使用されるランドであり、配線基板１０１ａの配線パターンと接続されている。導体ランド１１３は、金属ボール１０４ａを介して導体ランド１０３と接続される。このため、導体ランド１１３は、導体ランド１０３と対応する位置に配置されている。接続用ランド１１４は、第１の半導体装置１１０との電気的接続には使用されないランドであり、配線基板１０１ａの配線パターンとは接続されていない。接続用ランド１１４は、金属ボール１０４ａを介してダミーランド１０６と接続される。このため、接続用ランド１１４は、ダミーランド１０６と対応する位置に配置されている。具体的には、接続用ランド１１４は、配線基板１０１ａの下面の角部に設けられている。接続用ランド１１４が配線基板１０１ａの配線パターと接続されていないので、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１とが接続された状態では、ダミーランド１０６は、金属ボール１０４ａを介して第２の半導体装置１１１と絶縁状態で接続されることとなる。
【００３５】
配線基板１０１ａの下面の各導体ランドには、金属ボール１０４ａが金属間結合により接続されている。但し、金属ボール未搭載領域１２０には、導体ランド及び金属ボール１０４ａは設けられていない。金属ボール未搭載領域１２０とは、第２の半導体装置１１１を第１の半導体装置１１０上に搭載した際に、半導体素子１０２上に位置することになる領域である。
【００３６】
被覆樹脂１０５により覆われた半導体素子は、金属細線により配線基板１０１ａと接続するワイヤーボンディング方式、又は、半導体素子の配線面を配線基板１０１ａに向けて接合する方式であるフリップチップ方式、バンプ接合方式等によって搭載されている。
【００３７】
図４は、リフロー加熱する直前に第１の半導体装置１１０上に第２の半導体装置１１１を積層するための部品マウント工程を説明する図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１の半導体装置１１０における配線基板１０１の上面に配置された導体ランド１０３及びダミーランド１０６と、第２の半導体装置１１１の下面の導体ランド１１３及び接続用ランド１１４に設けられた金属ボール１０４ａとの位置合わせを行い、図４（ｂ）に示す積層型半導体装置１１２となり、次工程であるリフロー加熱工程へと進む。なお、図５以降では、導体ランド１１３及び接続用ランド１１４の図示を省略している。
【００３８】
図５は、リフロー加熱時における第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１の状態を説明するための断面図である。第１の半導体装置１１０及び第２の半導体装置１１１は、図５（ａ）から（ｂ）さらに（ｃ）の順序で変形する。
【００３９】
図５（ａ）は、常温から１００℃程度までの状態における積層型半導体装置１１２の断面図である。第１の半導体装置１１０を構成する配線基板１０１と半導体素子１０２との熱膨張係数の相違により、第１の半導体装置１１０は、山反り（図５（ａ）では上側に凸形状）が生じている。また、第２の半導体装置１１１を構成する配線基板１０１ａと被覆樹脂１０５との熱膨張係数の相違により、第２の半導体装置１１１は、谷反り（図５（ａ）では下側に凸形状）が生じている。これにより、半導体装置１１０，１１１同士の周縁部やコーナー付近の距離が遠く離反し、半導体素子１０２のある中央部付近の距離が近接している。
【００４０】
図５（ｂ）は、ハンダが溶融する２百数十℃を超える温度領域、所謂、本加熱領域での断面図である。図５（ｂ）が示す本加熱領域では、図５（ａ）とは温度領域が異なるため、第１の半導体装置１１０は谷反りが生じ、第２の半導体装置１１１は山反りが生じている。これにより、半導体装置１１０，１１１同士の周縁部やコーナー付近の距離が近接し、半導体素子１０２のある中央部付近の距離が遠く離反している現象となる。
【００４１】
図５（ｃ）はリフロー加熱が終了に近付き、再び常温近くの温度領域での断面図である。図５（ｃ）が示す温度領域では、図５（ａ）とほぼ同様の状態となろうとして導体ランド１０３と金属ボール１０４ａとが離れようとするが、従来事例と異なる点として、ここでは第１の半導体装置１１０の上面に配置されたダミーランド１０６が絶大な効果を発揮し、半導体装置１１０，１１１間の離反を防ぐ働きをしている。その効果とメカニズムについて以下に詳細説明する。
【００４２】
第２の半導体装置１１１の下面に設けられた金属ボール１０４ａは、リフロー加熱によって液相温度を超えると液体となり、第１の半導体装置１１０の上面に設けられた導体ランド１０３の表面に対して濡れ拡がることによって、半導体装置１１０，１１１同士の接合が完了する。溶融した金属ボール１０４ａは表面張力によって凝集力が働くことは一般的に知られており、金属ボール１０４ａの体積が大きいほど凝集力や張力も増加する。さらに、めっき処理された導体ランド表面の面積が大きいほど、金属ボール１０４ａが濡れ拡がり続けるので、その凝集力と濡れ拡がりの相乗効果により、第１の半導体装置１１０の導体ランド１０３と第２の半導体装置１１１の金属ボール１０４ａは互いに引き寄せられることになる。
【００４３】
続いて、ダミーランド１０６の配置位置について説明する。ダミーランド１０６は、第１の半導体装置１１０の配線基板１０１の上面の角部に設けるのが最も効果的である。なぜなら、第１の半導体装置１１０及び第２の半導体装置１１１がともに反りが生じた場合、半導体装置中心点からほぼ同心円状に反ることが一般的であるため、四角形の半導体装置においては４つの角部が最も反り量が大きくなるからである。
【００４４】
続いて、ダミーランド１０６の面積サイズについて説明する。ダミーランド１０６の面積は、他の導体ランド１０３と比較して約４〜１０倍の面積が最も効果的であることを発明者らは検証した。図６（ａ）は、第１の半導体装置１１０を上方から見た配線基板１０１の上面における角部の拡大図である。図６（ｂ）は、第２の半導体装置１１１を上方から見た配線基板１０１ａの角部の拡大図である。図６（ｃ）は、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１とを重ね合わせた状態における配線基板１０１，１０１ａの角部の拡大図である。
【００４５】
第１の半導体装置１１０のダミーランド１０６と第２の半導体装置１１１の接続用ランド１１４とが金属ボール１０４ａ（１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ）を介して接続された状態では、ダミーランド１０６の平面的な位置が金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅと重なっていることが分かる（図６（ｃ）参照）。この状態では、積層型半導体装置１１２を配線基板１０１の上面と直交する方向から見て、４つの接続用ランド１１４の中心点１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅが、ダミーランド１０６の内側に位置することとなる。なお、図６では４つの接続用ランド１１４が示されていないが、４つの接続用ランド１１４の中心点１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅの位置は、積層型半導体装置１１２を配線基板１０１の上面と直交する方向から見て、金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅの中心とほぼ同じ位置である。
【００４６】
以上説明した位置関係によれば、リフロー加熱において溶融された金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅがいずれもダミーランド１０６上で濡れ拡がりながら凝集されて１つの金属ボール１０９ａ（図５参照）となる。このため、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１の距離が近寄る効果が得られる。本実施形態では、金属ボール１０４ａが縦２列横２列で合計４個分を１個のダミーランド１０６に集約している例を挙げているが、集約させる金属ボール１０４ａの数は、それ以外の個数であっても何ら構わない。
【００４７】
以下、本実施形態の変形例について説明する。図７（ａ）は、第１の半導体装置１１０を上方から見た配線基板１０１の上面における角部の拡大図である。図７（ｂ）は、第２の半導体装置１１１を上方から見た配線基板１０１ａの角部の拡大図である。図７（ｃ）は、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１とを重ね合わせた状態における配線基板１０１，１０１ａの角部の拡大図である。図７（ｄ）は、図７（ｃ）におけるγ−γ’線断面図である。
【００４８】
本変形例では、図７（ａ）に示されるように、第１の半導体装置１１０の配線基板１０１の表面の角部に、ダミーランド１０６に代えて、４つのダミーランド１０６ａが配置されている。これらのダミーランド１０６ａは、上述のダミーランド１０６と同様に機能するものである。ダミーランド１０６ａは、ランド間距離を寄せた設計となっている。具体的には、互いに隣接して配置された２つのダミーランド１０６ａ間の距離ｄ１（図７（ａ）参照）が、互いに隣接して配置された２つの導体ランド１０３間の距離ｄ２（図７（ａ）参照）よりも短く設定されている。これら４つのダミーランド１０６からなるダミーランド群の配置は、配線基板１０１の上面の中央部分を挟んで対称である。このため、本変形例では、合計１６個のダミーランド１０６ａが配線基板１０１の上面に設けられている。
【００４９】
このように、複数のダミーランド１０６ａを集約させて配置することは、図６（ａ）に示すダミーランド１０６のように大きい導体ランドが設計上の理由などで配置できない場合に効果的である。すなわち、複数個（図７では４個）のダミーランド１０６ａを集約して配線基板１０１の上面の角部に配置することで、リフロー加熱において溶融された金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅが濡れ拡がりながら凝集されて１つの金属ボール１０９ｂ（図７（ｄ）参照）となる。これにより、ダミーランド１０６と同様の効果が得られる。
【００５０】
本例はハンダ接合不良、いわゆるオープン不良に対する効能を挙げているが、その他のメリットとしては、周縁部とくに角部にダミーランド１０６（１０６ａ）を設置すれば、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１とが何らかの外的ダメージを受けて引き剥がされることに対しても接続強度を保つことができる。
【００５１】
本発明のダミーランドは、ダミーランド１０６，１０６ａのような円形、楕円形、長方形、ダミーランド１０６ｃのようなＬ字形など、どのような形状でも構わない。また、ダミーランドの大きさや個数も制限はないが、重要なポイントとして、ダミーランド１０６同士を結ぶ直線の内側に、第２の半導体装置１１１の重心が位置することが大切である。すなわち、第２の半導体装置１１１の重量平衡度を最適に保たなければ、バランスが崩れ、半導体装置が鉛直方向に傾く所謂マンハッタン現象に近い症状が起き、ハンダ接合不良が発生する可能性が高くなるからである。
【００５２】
以上説明した構造を採用することにより、半導体装置１１０，１１１を構成するそれぞれの材料が持つ熱膨張係数の相違により半導体装置１１０，１１１に反りが生じる場合、特に、マザー基板に対する半田付けを行うためのリフロー加熱雰囲気において半導体装置１１０，１１１に反りが生じる場合においても、金属ボール１０４ａの接続不良を回避することが可能である。このようにして、接続信頼性の向上した積層型半導体装置１１２を提供することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、第１の半導体装置１１０の上側に第２の半導体装置１１１が積層される形態について説明したが、第２の半導体装置１１１の上側に第１の半導体装置１１０が積層されてもよい。この場合、本発明のダミーランドを配線基板１０１の下面に配置すればよい。また、第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１との両方に、本発明のダミーランドが配置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、半導体装置の反りによる接続不良が抑制されるため、小型化・薄型化した積層型半導体装置等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型半導体装置の分解斜視図
【図２】第１の半導体装置１１０の構造を示す図
【図３】第２の半導体装置１１１の構造を示す図
【図４】リフロー加熱する直前に第１の半導体装置１１０上に第２の半導体装置１１１を積層するための部品マウント工程を説明する断面図
【図５】リフロー加熱時における第１の半導体装置１１０と第２の半導体装置１１１の状態を説明するための断面図
【図６】ダミーランド１０６と金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅとの関係を説明するための図
【図７】ダミーランド１０６ａと金属ボール１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅとの関係を説明するための図
【図８】第１の半導体装置１１０の構造を示す平面図
【図９】従来の第１の半導体装置１０の構造を示す図
【図１０】従来の第２の半導体装置１１の構造を示す図
【図１１】第１の半導体装置１０上に第２の半導体装置１１を積層実装する工程を説明するための図
【図１２】積層型半導体装置１２のリフロー加熱工程を説明するための図
【図１３】第１の半導体装置１０及び第２の半導体装置１１の反りの影響によりオープン不良が発生した状態の積層型半導体装置１２の断面図
【符号の説明】
【００５６】
１０１，１０１ａ  配線基板
１０２  半導体素子
１０３  導体ランド
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ  金属ボール
１０５  被覆樹脂
１０６，１０６ａ，１０６ｃ  ダミーランド
１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ  中心点
１０９ａ，１０９ｂ  金属ボール
１１０  第１の半導体装置
１１１  第２の半導体装置
１１２  積層型半導体装置
１２０  金属ボールの配置されない領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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